第十五章 功和机械能全章教案.docx
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第十五章功和机械能全章教案
第十五章 功和机械能
课程要求:
●知道机械功的概念和功率的概念;能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。
●结合实例认识功的概念,知道做功的过程就是能量转化和转移的过程。
●能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化;能用实例说明机械能和其它形式的能的转化。
●通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体,不同形式的能量可以互相转化。
●理解机械效率。
●了解机械使用的历史发展过程,认识机械的使用对社会发展的作用。
第一节功
三维教学目标:
●能结合实例知道机械功的概念。
●通过观察和实验,了解功的物理意义。
●能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。
●理解功的概念,知道使用任何机械都不省功。
●有将科学技术应用于生活实践的意识。
教学重点和难点:
重点:
功的概念的理解
难点:
判断力和物体是否做功以及功的计算
教学准备:
教学流程设计:
一:
引入新课:
复习力的作用效果(力可以改变物体的运动状态、可以改变物体的形状),两个完全相同的两个力作用在物体上,我们可否同样地评价这两个力呢?
如:
演示实验:
同样大小,方向的力在水平面上拉木块和小车,(木块未动,小车移动了),引导学生分析,哪个力的作用有了成效?
二、力学中的功
1、功包含“成效”的意思,(有力,在力的方向上移动了距离)就有功,力就做了功。
2、引导学生观察P104 图15.1-1、2,分析实例,知道机械功的概念,了解功的物理意义。
3、总结、归纳力做功有什么共同点:
4、两个功的必要因素:
一个是作用在物体上的力,另一个是物体在这个力的方向上移动了距离。
问:
要判断力是否对物体做功的关键是什么?
答:
关键要看是否满足做功的两个必要因素.一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过的距离,两者缺一不可.下列三种情况对物体都没有做功:
⑴物体移动了一段距离,但没有受到力的作用.例如物体在光滑水平面做匀速运动.在水平方向没有受到阻力,也没有受到动力,物体由于惯性而运动,因而没有力对物体做功.
⑵物体受到力的作用,但没有沿力的方向通过距离,例如,用力推车,车没有推动.推车的力没有对物体做功.又如,一个人举着重物不动,他对重物的举力没有对重物做功.
⑶物体受到了力的作用,也通过了距离.但物体移动的距离跟物体受到力的方向垂直.例如,手用竖直向上的拉力提水桶,沿水平方向移动距离,水桶没有在竖直方向上移动距离,这个拉力也没有对水桶做功.
5、力的计算:
W=F·S 单位:
焦耳(J) 1J=1N·m
6、例题讲解:
P
问:
利用功的计算公式计算时,应注意些什么?
答:
利用W=Fs计算功时,首先要明确题中要你求的是什么力对物体做功,即明确公式中的“F”是哪个力;其次要注意s应和F相对应,代入公式中的s必须是物体在力F的方向上通过的距离,千万不能“张冠李戴”.
二、功的原理:
1、复习机械对我们的好处。
2、提问:
有不有既省力,又省距离的机械(省功的机械)
3、实验探究:
动滑轮能省功吗?
(1)问题:
用手和机械来做同样一件事,哪一个做功要多一些?
(比较直接用手做功和使用机械做功),测量哪些量?
(2)实验数据表格设计:
(3)实验探究:
请小组同学共同完成(没有条件可以教师演示)
(4)记录数据,分析比较:
(5)归纳出结论:
使用任何机械时,都不会少于不用机械时所做的功。
(即:
作用任何机械都不省功―――功的原理)
三、教学巩固:
P107 T1、4
四、小结:
功:
W=F·S 功的原理
课后活动:
作业:
P107 T2、3、5
完成基训
达标自查:
1关于做功,下列叙述中正确的是()
A.举重运动员举着杠铃不动,举力做了功
B.起重机吊着货物沿水平方向匀速移动了一段距离,向上的拉力做了功
C.重物竖直下落,重力做了功
D.小球在水平面上滚动,重力做了功
2某人用20N的力将重为15N的球推出去后,球在地面上滚动了10m后停下来,这个人对球所做的功为()
A.0JB.200JC.150JD.条件不足,无法计算
3、某人用20N的力将重为15N的球推出去后,球在地面上滚动了10m后停下来,球在地面上滚动的过程中,手对球所做的功为()
A.0JB.200JC.150JD.350J
4、一起重机将重为1.2×104N的钢材竖直匀速提升3m后,又沿水平方向匀速移动5m,在整个过程中起重机对钢材做的功为 J.
TAXI
车费发票
车号码E.U-8888
日期02-05-28
上车10∶00
下车10∶05
单价2.00元
里程6.0km
金额16.00元
某人乘坐出租车在平直公路上匀速行驶,出租车的牵引力为3×103N,右为他乘车到达目的地时的车费发票。
求:
(1)出租车行驶的时间。
(2)出租车行驶的速度。
(3)出租车在这段时间内所做的功。
解
(1)t=5min=300s
(2)v=
=20m/s
(3)W=Fs=3×103N×6000m=1.8×107J
5、如图甲所示,物体A以2cm/s的速度,在水平地面上做匀速直线运动,此时弹簧测力计的示数为3N,水平拉力F=__________N,物体A受到的摩擦力f=__________N,2s内拉力F做功W=__________J.(滑轮、弹簧测力计的重力以及滑轮与绳的摩擦不计)
6、重为1000N的小车,在拉力的作用下沿水平地面匀速前进10m,小车所受阻力为车重的0.3倍,则拉力对小车做的功为J;小车重力做的功为J。
7.一只重500N的箱子放在水平地面上,甲学生用100N的水平力将箱子水平移动10m,乙学生把这只箱子匀速提高2m,那么,他们做功的大小是()(题型二)
A.相等B.甲学生做功多C.乙学生做功多D.条件不够,无法确定
8.在举重比赛时,一运动员在第一阶段把150kg的杠铃很快举过头顶,第二阶段使杠铃在空中停留3s。
下列关于运动员对杠铃做功的说法,正确的是()(题型一)
A.他在第一阶段内没做功B.他在第二阶段内没做功
C.他在两个阶段内都没做功D.他在两个阶段内都做了功
第二节机械效率
三维教学目标:
●了解什么是有用功,额处功和总功
●理解什么是机械效率
●通过参与探究斜面的机械效率的活动,学习拟订简单的科学探究计划和实验方案。
教学重点和难点:
重点:
理解机械效率:
难点:
设计:
探究斜面的机械效率的方案。
教学课时:
2课时
教学准备:
斜面、木块、弹簧测力计,垫木
教学流程设计:
第一课时:
一、复习“功”的基本知识:
W=F·S
二、有用功和额处功,总功教学。
1、引导学生观察P107 图15.2-1,弄明三图的意思,然后讨论三种运沙子的方法哪种最好?
要注意引导学生分析三种情况下,需要做哪些功(分别做了哪些功)。
2、引导学生分析三种运沙子的目的。
引出三种情况下人做的功哪些有用,哪些无用?
引出“有用功、额外功、总功的概念。
3、另外举例说明在日常生活中,使用机械中,哪些功有用,哪些功无用?
加深对有用功、额外功、总功的理解。
三、机械效率:
1、从日常生活中的例子,引出额外功,有用功的关系,如挑水:
用铝桶,用木桶桃水,哪些是额外功,哪些是有用功?
哪种桶更好(学生能意识到做的额外功越少越好)或(有用功越接近总功越好),从而引出机械效率概念。
2、给出机械效率的公式:
。
3、引导分析机械效率不可能大于1。
4、提出提高机械效率的经济意义(减少能耗,降低成本)
5、提一提“提高机械效率的办法”,议议效率的其它意义。
6、练习机械效率的计算。
例题讲解,加深对
的理解和运用。
问:
如何比较机械效率的高低?
答:
机械效率由有用功和总功两个因素共同决定,比较机械效率高低时不能只考虑其中一个因素.
当总功一定时,机械做的有用功越多或额外功越少,机械效率就越高;
当有用功一定时,机械所做的总功越少或额外功越少,机械效率就越高;
当额外功一定时,机械所做的总功越多或有用功越多,有用功在总功中所占的比例就越大,机械效率就越高.
问:
关于机械效率,应注意哪些问题?
答:
应注意以下几点:
(1)机械效率
总小于1,因为W有总小于W总.
(2)机械效率的高低取决于有用功和总功两个因素,不能理解成:
“有用功多,机械效率高”;或“总功大,机械效率低”.
(3)机械效率的高低与是否省力及大小无关.
(4)机械效率不是固定不变的.机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功跟总功的比值,同一机械在不同次做功的过程中,提起物重不同,机械效率往往会不同
四、探究“斜面的机械效率”
目的:
让学生进一步认识利用斜面可以省力,学习测量斜面的机械效率,加深对机械效率的理解。
问题:
斜面的机械效率与什么因素有关?
猜想:
学生猜想
探究实验器材:
探究实验步骤:
学生参考“实验探究指导“设计
设计数据表格:
课后活动:
作业:
P110 T1 设计一个实验,测量斜面的机械效率。
达标自查:
1一个工人用如图14-27所示的滑轮组提起2000N的货物,所用的拉力是800N,绳子自由端被拉下4m,下列说法中正确的是 ()
A.总功是3200J,机械效率是40%
B.有用功是8000J,机械效率是40%
C.有用功是3200J,机械效率是62.5%
D.总功是3200J,机械效率是62.5%
解W总=Fs=800N×4m=3200J,∵s=4h,∴h=
W有=Gh=2000N×1m=2000J,
.
答选D
2、某工地用图14-30所示的滑轮组匀速提升质量为500kg的物体,在重物上升0.8m的过程中,拉力F的功率为2500W,此时滑轮组的机械效率为80%,求:
(1)滑轮组做的有用功(g取10N/kg)。
(2)重物上升的速度。
解
(1)G=mg=500kg×10N/kg=5000N
W有=Gh=500N×0.8m=4000J
(2)
3
、工人用如图14-32所示的滑轮组提升重物,不计绳重和摩擦。
若工人用250N的力恰好能将重400N的物体竖直向上匀速提升,求:
(1)该滑轮组此时的机械效率。
(2)若用此滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升2m,求拉力F在这一过程中所做的功。
解
答
(1)该滑轮组此时的机械效率为80%
(2)拉力F在这一过程中所做的功为2000J
4、一辆汽车不小心开进了泥潭中,司机取来一套滑轮组欲将汽车从泥潭中拉出,如图14-33所示。
若车重为8×104N,汽车受到的阻力为车重的0.03倍,滑轮组的机械效率为80%,问:
(1)该司机至少需用多大的力才能将汽车从泥潭中拉出?
(2)若拉动汽车时,汽车前进的速度为0.1m/s,则司机做功的功率是多少?
解
(1)汽车受到的阻力F阻=0.03G车=0.03×8×104N=2.4×103N.
假设汽车移动s,则对汽车做的有用功W有=F阻s.
根据
,得
.
(2)由于四股绳子绕过动滑轮,所以汽车以0.1m/s的速度前进时,拉力F拉绳子的速度是4×0.1m/s=0.4m/s.在1s内,司机用力F拉绳子做的功是
W=Fs=750N×0.4m/s×1s=300J.所以
(也可以根据
.司机拉力做功的功率
)
5.一台起重机将重5000N的货物提高2m,如果额外功是2500J,则起重机做的有用功是 J,该起重机的机械效率是 。
(题型一)
6.如图14-34所示,在不计绳重和摩擦的情况下,用动滑轮把重40N的物体匀速提高2m,所用的拉力为25N,则拉力做功是________J,动滑轮的机械效率是______;果把重100N的物体匀速提升相同高度,则这个动滑轮的机械效率将_________。
(填“变大”、“变小”或“不变”)(题型二)
7.关于机器的功率,下列说法中正确的是( )(题型一)
A.机器的功率越小,做功越慢 B.机器的功率越大,做功越多
C.机器的功率越小,机械效率越低D.机器的功率越大,做的有用功越多
8.如图14-36所示,用一动滑轮把100N的沙子匀速提到3m高处,作用在绳末端的拉力为60N,则滑轮组的机械效率为()
A.30%B.60%C.83.3%D.120%
9.下列机械效率的说法正确的是()(题型一)
A.机械效率可以提高到100%B.机械效率总小于1
C.功率大的机械机械效率高D.机械效率越高,有用功就越多
10.一个工人用图14-46所示的滑轮组提升2000N的货物,所用拉力600N,绳子自由端4s内拉下4m,不考虑绳重和摩擦,求:
(1)有用功和总功率;
(2)机械效率;
(3)若用此滑轮组提升3200N的货物,所需拉力为多少?
(题型三)
第二课时 探究斜面的机械效率
探究目的:
●让学生进一步认识利用斜面可以省力,学习测量斜面的机械效率,加深对机械效率的理解。
●在探究中培养学生使用精神,实事求是的科学态度。
探究重点:
实验过程
探究难点:
实验设计:
探究准备:
斜面、毛巾、木块,弹道簧测力计,垫木
探究过程指导:
一、分析学生的探究设计,指出可能存在的问题,引导学生提出改进的措施。
二、分析如何测量有用功,总功。
三、分析需要测量哪些物理量。
四、指出实验注意事项。
1、拉动中要尽量匀速。
2、要注意控制变量法的运用(用坡度,不同斜面;用斜面,不同坡度等)
3、弹簧测力计的读数要仔细,准确。
五、实验步骤参考:
1、先用弹簧测力计测出木块的重G,用刻度尺测出高度h。
2、保证G,h不变,在斜面1上用弹簧测力计平行于斜面匀速拉木块上升,分别读出测力计的读数F1,再用刻度尺量出木块移动的路程S1,将数据填写在表格中。
3、保证G,h不变,用与斜面1一样的斜面,改变斜面的坡度,重做第二步实验,测出拉力F2,量出路程S2。
填写在表格中。
4、保证G,h不变,在与斜面1一样的坡度的斜面上垫上棉布,重做实验,测出拉力F3,量出路程S3。
填写在表格中。
5、分别计算出2、3、4步的总功,有用功,计算出机械效率。
6、分析数据,得出结论。
六、学生探究实验,教师巡回指导。
七、选取几组数据,引导分析归纳
表格:
斜面的坡度
斜面的材料
木块重(G)
斜面高度(h)
沿斜面的拉力(F)
斜面长(S)
有用功W有
总功W总
机械效率
较缓
木板
较陡
木板
较陡
棉布
斜面的机械效率与 、和 有关。
八、作业:
P 110 T2。
第三节功率
三维教学目标:
●理解功率的概念和计算公式
●会用功率的公式进行简单的计算
●培养学生具有将科学技术应用于生活,社会实践的意识。
教学重点:
功率的概念
难点:
功率的计算
教学流程设计:
一、结合具体实例,提出几个与做功多少和做功快慢有关的问题,引入新课P
二、组织学生观察P111 图15.3-1,讨论与做功快慢的问题,并引导学生回忆与速度概念的建立类比的方法,引导学生建立起功率的概念。
问:
做功“快”与做功“多”有什么不同?
答:
做功快慢和做功多少是辆各不同的概念.例如,甲在1s内做了50J的功,而乙在5s内做了100J的功时,乙做的功虽然比甲多,但它比甲用的时间长,平均1s内只做了20J的功,所以乙比甲做功要慢.可见,做功快慢是跟做功的多少和做功所用的时间多少有关的,在物理学中用功率
来描述,而做功“多”在物理学中用功
来描述。
三、功率:
学生阅读相关内容P111 ,了解功率的概念、公式、单位、及单位换算。
四、引导学生阅读P112“小资料”,了解功率是机器的主要技术参数之一,生活中可根据需要选购机器。
五、讨论“想想议议”,加深对功率的理解。
问:
怎样比较功率的大小?
答:
可采用下列三种方法比较功率的大小:
(1)在相同的时间内,比较做功的多少,做功越多的物体,功率越大,这是物理学中常采用的方法.
(2)在完成相同功的条件下,比较所用时间的长短,所用时间越短,功率越大.
(3)在做功的多少和所用时间都不相同的情况下,通过
计算后进行比较
六、例题讲解:
P112
讲解完后,要注意引导学生讨论机械效率与功率两个物理量的区别。
计算功率的另一个公式:
物体在拉力F的作用下,以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动,则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积,即
.
推导:
∵W=F˙S
∴P=
=F˙v
由该公式可知:
在功率P一定时,力F与速度v成反比。
应用:
当汽车上坡时,司机采取换挡的办法,减小速度,以获得较大的牵引力。
七、反馈检测P113T5 适时点评,
八、课堂小结。
九、课后活动:
作业:
P 113 T1、2、3
达标自查:
1下列关于功率的说法中,正确的是()
A.物体做功越多,功率越大 B.物体做功时间越短,功率越大
C.物体做功越快,功率越大 D.物体做功时间越长,功率越大
2、班级里组织登楼比赛活动,比一比谁登楼的功率最大.为此,在活动中必须测量的物理量有:
_________,_________,_________.
知识点功率的测量和计算
闯关点拨由功率公式
可知,要比较登楼时功率的大小,必须知道人登楼过程中所做的功和时间.这里的功就是人克服自身的重力所做的功。
由
可知,只要测得人的质量和楼高,就能算出人做功的大小.
答参赛者的质量楼高时间
3、甲同学体重600N,乙同学体重500N,他们进行登楼比赛.甲跑上五楼用30s,乙跑上五楼用24s.则:
______同学做功较多,______同学的功率较大。
4、一辆汽车重为5×104N,在平直公路上以10m/s的速度匀速行驶lmin,已知汽车在行驶过程中受到的阻力等于车重的0.06倍.求:
(1)汽车在1min内行驶的距离
(2)汽车在1min内做的功
(3)汽车发动机的功率
知识点功与功率与其他力学知识的综合运用
闯关点拨这是一道综合性较强的题目,涉及到对速度、二力平衡、功、功率的概念的理解.先由速度的变形公式
求出路程,接着由二力平衡条件确定发动机牵引力的大小,然后由
求出功的大小,最后由
算出功率.
解
(1)
(2)∵汽车在平直公路上作匀速运动∴牵引力F=f=0.06×5×104N=3×103N
∴W=Fs=3×103N×600m=1.8×106J
(3)
答
(1)汽车在1min内行驶600m
(2)汽车在1min内做功1.8×106J(3)汽车发动机的功率为3×104W
5.举重运动员在2s内把1500N的杠铃匀速举高了2m,在空中停留了3s.那么,他对杠铃做了______J的功,前2s内的功率是______W;后3s内的功率是______W;整个过程的平均功率是________W.
6.正常人的心脏推动血液流动的功率为1.5W,那么在一天时间内心脏做功J,这些功可以把一个质量为600N的人匀速举高m.(题型四)
7.关于功率概念的理解,下列说法中正确的是()(题型三)
A.功率大的机械做的功多
B.功率大的机械做功时用的时间少
C.单位时间内完成的功越多,则功率越大
D.省力多的机械功率大
8.甲、乙二人的体重相同,同时从一楼开始登楼,甲比乙先到三楼,则他们二人()(题型三)
A.做的功相同,但甲的功率较大B.做的功相同,功率也相同
C.甲做的功较多,但功率相同D.甲做的功率多,功率也较大
9.重为100N的物体A,放在水平地面上,在20N水平拉力F作用下,以0.2m/s的速度做匀速直线运动.(如图14-22所示)求:
(1)拉力在5s内对物体A所做的功;
(2)拉力F的功率.
第四节动能和势能
三维教学目标:
●知道动能和势能的概念
●通过探究实验,掌握分类法,控制变量法等具体的研究方法,理解影响动能和势能的因素。
●在与小组成员一起探索的过程中,养成与人共处,协作学习的习惯。
教学重点:
理解动能和势能的概念,探究影响动能大小的因素。
难点:
能量的概念。
教学准备:
斜面,质量不同、大小相同的小球,小木块,直尺
教学流程设计:
一、先引导学生回忆生活中,有哪些现象与能源有关。
引入新课,列举有哪些物体具有能量:
滚动的小球;高挂枝头的苹果;压缩变形的弹簧;高举的重锤;拉长变形的弓;流动的水等。
二、动能和势能
1、先讲解物体怎样才算具有能量(能对外做功)
2、引发学生讨论上述六个物体进行分类;引导学生按动能、势能进行分类,引入动能、势 能的概念并板书。
3、进一步引发学生对势能的例子进行分类(重力势能,弹性势能)
4、再列举一些动、势能的例子。
三、动能大小与什么因素有关?
1、课件展示慢行和快行的汽车对物体撞击后的损坏程度。
学生猜想:
动能大小可能与什么因素有关?
2、引导学生设计实验方案(注意提示控制变量法的运用)
3、在设计好实验的基础上演示实验(有条件可到实验室上),边演示边解释,注意引导学生观察。
引导学生说出观察到的实验现象。
4、分别记法数据,分析归纳出结论。
5、学生阅读“小资料”,进一步加深影响动能大小的因素?
体验到速度对动能大小的影响,培养学生的安全意识。
四、重力势能大小影响的因素。
1、引导学生进行猜想可能与什么有关?
2、引发学生进行探究(也可引导学生根据生活经验得出结论)。
3、引导学生分析打桩的例子。
4、分析归纳出结论:
重力势能大小与物体的质量,被举高的高度有关。
教学巩固:
作业:
P 117 T1、2。
达标自查:
1关于能的概念,下列说法正确的是()答选B
A.用线悬挂着的物体,它没有做功,它不具有机械能
B.在空中飞行的子弹,因为它能做功,所以它具有机械能
C.甲物体的运动速度比乙物体的大,则甲物体的动能一定比乙物体的大
D.甲物体的高度比乙物体的高度大,则甲物体的势能一定比乙物体的大
2、跳伞运动员在空中匀速下落的过程中,他的()答选B
A.动能增大,势能不变B.动能不变,势能减小
C.动能、势能都不变D.动能减小,势能增大
3、某块砖在一对平衡力作用下运动,则该砖()答选B
A.势能一定不变,动能一定不变 B.势能可能改变,动能一定不变
C.势能可能改变,动能可能改变 D.势能一定不变,动能可能改变
4.如果卡车空载和满载时都以同样的速度行驶,那么空载时具有的动能满载时具有的动能.停放在山顶上的卡车具有的重力势能该卡车下山时具有的重力势能.(选填“大于”、“小于”或“等于”)(题型一)
5.质量较大的喜鹊与质量较小的燕子在空中飞行,如果它们的动能相等,那么飞得快.(题型一)
6.运动员向斜上方推出去的铅球,在下落的过程中,重力势能(填“增大”、“减小”或“不变”下同),动能.(题型三)
7.如图14-5所示,一个同学在蹦床上玩,从跳起到上升至最高点的过程中,能逐渐增大,能逐渐减小。
(题型三)
8.